让空管系统更“聪明”

赖懿

智慧民航建设是新时期民航业高质量发展的大课题，而在智慧民航建设中，智慧空管的建设又是重中之重。近年来，随着航空运输量的持续增长和飞行活动的日趋多元化，空域运行态势也日渐复杂多变，过去传统的陆基、区域分立式、运行粗放式的空管系统已无法满足行业发展的需要，以信息技术为基础，融合多种类型的信息收集、互联互通、智能化的智慧空中交通管理系统，成为行业未来发展的主要方向。

智慧空管设想

空中交通管理系统 （ATMS），是指利用多种管理工具，通过对多架次飞机的起降与航行进行管理，维护和促进空中交通安全，保障空中交通秩序与空中交通顺畅的管理系统。

“十二五”期间，我国空管共保障航班起降3391万架次，比前一个五年增长了61.7%。预计到2020年，我国运输飞机数量将达到4600架，每年航班起降1300万架次，年人均出行0.5次。这使得传统空管系统在大密度航班的管理环境下无法积极有效地应对，严重威胁到空中交通的安全性和效率。

在此背景下，如何将互联网、大数据、人工智能等技术创新成果与新一代航空技术相融合，推动传统空管向智慧空管过渡是行业亟须解决的问题。

放眼国外，欧美航空发达国家已经利用新技术开发了不少新的空中交通管理系统和解决方案，其中一些正处于试验阶段，一些已处于推广和使用阶段。例如，美国空管利用大数据技术建立了国家飞行数据中心和流量系统数据库，法国泰雷兹公司利用语言识别、触摸屏等人工智能技术，实现了管制服务的智能化。

在我国，空中交通管制目前主要以雷达管制为主，空中交通管理系统的主要特征之一是数字化，即利用各类地空数据链，实现飞机与地面空管系统之间的数字化管理与指挥。十几年前，空管局就开始实施民航数字空管工程，数字化起飞前放行技术（DCL）和数字化航站自动情报服务技术（D-ATIS）是其中的两类代表性技术。DCL主要解决人工话音预放行服务中出现的通信频道拥挤、话音歧义等问题，可以大幅降低管理员、飞行员的工作强度和工作压力，提高安全性。D-ATIS技术则利用合成语音和数据链两种方式，将机场气象、跑道状况等信息自动上传到飞机，能显著提高大型机场管制服务效率和信息服务水平。截至2018年，我国44个繁忙机场都采用了DCL和D-ATIS技术。

但是，这些技术的使用只是让我国空管系统达到了“半自动化”水平。例如，实现管制指挥功能的管制自动化系统，并非真正实现了“自动化”，而是实现了监视数据、飞行计划等数据的自动化处理，实际的管理指挥还得依赖管理员的操作。因此，未来要实现以智慧链为主的科学管制，则必须经过智慧空管的过渡。

根据中国民航局的初步设想，未来智慧空管的整个系统将由感知层、基础设施物联网、应用服务平台、决策处理平台等部分组成。在系统中，感知层作为智慧空管的神经末梢，起到收集信息数据的作用，主要通过在管制中心、机场、航路等各个与飞行相关设施中的加装雷达、监视系统、探头、传感器、射频标签等设施来搜集飞行状态、外部环境等一系列与飞行相关的数据。然后，通过互联网、无线通讯技术、空管部门的局域网等物联网平台，将信息传递至应用服务平台。应用服务平台对相关信息进行分析处理后，将分析结果进一步上报至决策处理平台。决策处理平台通过大数据算法选出最优的空域、流量管理方案。

从平台层面来看，在智慧空管系统运行过程中，离不开一系列信息化平台的有力支撑。通过信息化平台，智慧空管系统可以处理多种搜集而来的信息和数据，为智能化决策提供保障。

智慧空管系统主要涉及空中交通服务平台、飞行流量管控平台和空域信息管理平台三大部分。空中交通服务平台由塔台和进近管制服务终端控制系统组成，主要作用在于对航空器的起降和航行进行管理，从而确保空中交通秩序与安全。

飞行流量管控平台利用系统内各部分信息的综合处理协同决策模式，通过物联网将多种数据接入来提升数据间的交互性，对空情状态进行实时监控、预测与评估，测算空域内航班的数量与密度，最大限度地保障并优化机场、空域流量的利用率。

空域信息管理平台主要面向空域需求，对空域使用进行管理，保障空域利用达到经济性与安全性的平衡。空域信息平台依托物联网和大数据技术，通过对数据库中历史数据的全面分析，结合当前空域利用状态，设计出安全、高效的空域利用方案。

未来发展趋势

为了支撑民航业快速发展，围绕智慧空管建设，我国已经开始了诸多基础技术研究。

2013年，国家自然科学基金委出台“空间信息网络基础理论与关键技术”重大研究计划，组织开展空天地一体化网络基础理论与关键技术研究。在该计划的支持下，我国在“空间信息网络模型与高效组网机理”、“空间动态网络高速传输理论与方法”、“空间信息稀疏表征与融合处理”等领域有了重大突破。

在加快基础技术研发的同时，中国民航局也通过与国际民航组织合作，積极学习、借鉴其他国家和地区的发展经验。在首届亚太地区民航部长级会议上，中国民航局倡议亚太地区各国将空中航行纳入国家规划，在2022年前推进“亚太无缝空管计划”的实施。

该计划实施的重点包括：基于性能的导航（PBN）、广播式自动相关监视技术（ADS-B）应用、空中流量协同决策（CDM）、航空情报管理系统（AIM）等。这些技术的应用与推广对于保障地区空中交通运行安全、提高运行效率将有显著的作用。

此外，中国民航局还倡议建立亚太地区航行技术工业标准化组织。历史上，美国航空无线电技术委员会 （RTCA）和欧洲民用航空设备协会（EUROCAE）在民航新技术的发展、应用以及推广等方面发挥了巨大的作用，亚太地区作为全球民航业发展最活跃的地区，却缺乏这样的一个标准化组织。从长远来看，亚太地区航行技术工业标准化组织的建立，将对该地区民航运输业的持续健康发展起到积极的作用。